Cuando la sonda solar Parker de la NASA envió las primeras observaciones de su viaje al Sol, Los científicos encontraron señales de un océano salvaje de corrientes y olas bastante diferente al espacio cercano a la Tierra, mucho más cercano a nuestro planeta. Este océano estaba lleno de lo que se conoció como retrocesos:volteretas rápidas en el campo magnético del Sol que invirtieron la dirección como una carretera de montaña en zigzag.

Los científicos creen que reconstruir la historia de las curvas es una parte importante para comprender el viento solar, el flujo constante de partículas cargadas que fluye desde el Sol. El viento solar corre a través del sistema solar, dando forma a un vasto sistema de clima espacial, que estudiamos regularmente desde varios puntos estratégicos alrededor del sistema solar, pero todavía tenemos preguntas básicas sobre cómo el Sol se las arregla inicialmente para disparar esta ráfaga de dos millones de millas por hora.

Los físicos solares saben desde hace mucho tiempo que el viento solar se presenta en dos sabores:el viento rápido, que viaja alrededor de 430 millas por segundo, y el viento lento, que viaja más cerca de 220 millas por segundo. El viento rápido tiende a provenir de agujeros coronales, manchas oscuras en el Sol llenas de campo magnético abierto. El viento más lento emerge de partes del Sol donde se mezclan los campos magnéticos abiertos y cerrados. Pero aún queda mucho por aprender sobre lo que impulsa el viento solar, y los científicos sospechan que los retrocesos (rápidos chorros de material solar salpicados por todo él) dan pistas sobre sus orígenes.

Desde su descubrimiento, Los cambios de dirección han provocado una serie de estudios y debates científicos a medida que los investigadores intentan explicar cómo se forman los pulsos magnéticos.

"Este es el proceso científico en acción, "dijo Kelly Korreck, Científico del programa de heliofísica en la sede de la NASA. "Hay una variedad de teorías, y a medida que obtenemos más y más datos para probar esas teorías, nos acercamos a descubrir los cambios y su papel en el viento solar ".

Fuegos artificiales magnéticos

En un lado del debate:un grupo de investigadores que cree que las curvas se originan a partir de una espectacular explosión magnética que ocurre en la atmósfera del Sol.

Las señales de lo que ahora llamamos retrocesos fueron observadas por primera vez por la misión conjunta de la NASA y la Agencia Espacial Europea Ulysses. la primera nave espacial en volar sobre los polos solares. Pero cuando los datos llegaron desde Parker Solar Probe décadas más tarde, los científicos se sorprendieron al encontrar tantos.

A medida que el Sol gira y sus gases sobrecalentados se agitan, los campos magnéticos migran alrededor de nuestra estrella. Algunas líneas de campo magnético están abiertas, como cintas ondeando al viento. Otros están cerrados, con ambos extremos o "pies" anclados al sol, formando bucles que recorren con material solar abrasador. Una teoría, propuesta inicialmente en 1996 basada en datos de Ulysses, sugiere que los cambios son el resultado de un choque entre campos magnéticos abiertos y cerrados. Un análisis publicado el año pasado por los científicos Justin Kasper y Len Fisk de la Universidad de Michigan explora más a fondo la teoría de 20 años.

Cuando una línea de campo magnético abierto roza un bucle magnético cerrado, pueden reconfigurarse en un proceso llamado reconexión de intercambio, una reordenación explosiva de los campos magnéticos que conduce a una forma de retroceso. "La reconexión magnética es como unas tijeras y una pistola de soldar combinadas en una, "dijo Gary Zank, físico solar de la Universidad de Alabama Huntsville. La línea abierta encaja en el circuito cerrado, liberando una ráfaga de plasma caliente del bucle, mientras "pega" los dos campos en una nueva configuración. Ese chasquido repentino arroja una torcedura en forma de S en la línea del campo magnético abierto antes de que el bucle se vuelva a sellar, un poco como, por ejemplo, la forma en que un tirón rápido de la mano enviará una onda en forma de S viajando por una cuerda.

Otros trabajos de investigación han analizado cómo se forman las curvas después de los fuegos artificiales de la reconexión. A menudo, esto significa construir simulaciones matemáticas, luego, comparando los cambios generados por computadora con los datos de Parker Solar Probe. Si son una pareja cercana, la física utilizada para crear los modelos puede ayudar a describir con éxito la física real de las curvas.

Zank lideró el desarrollo del primer modelo de curvas. Su modelo no sugiere ninguno, pero dos látigos magnéticos nacen durante la reconexión:uno viaja hacia la superficie solar y el otro se desliza hacia el viento solar. Como un cable eléctrico hecho de un haz de cables más pequeños, cada bucle magnético está formado por muchas líneas de campo magnético. "Lo que ocurre es, cada uno de estos cables individuales se vuelve a conectar, por lo que produce una gran cantidad de cambios en un corto período de tiempo, "Dijo Zank.

Zank y su equipo modelaron el primer cambio de retroceso observado por Parker Solar Probe, el 6 de noviembre 2018. Este primer modelo se ajusta bien a las observaciones, animando al equipo a desarrollarlo más. Los resultados del equipo se publicaron en The Astrophysical Journal el 26 de octubre. 2020.

Otro grupo de científicos, dirigido por el físico James Drake de la Universidad de Maryland, acuerda la importancia de la reconexión del intercambio. Pero difieren cuando se trata de la naturaleza de los cambios en sí mismos. Donde otros dicen que las curvas son una torcedura en una línea de campo magnético, Drake y su equipo sugieren que lo que Parker está observando es la firma de una especie de estructura magnética, llamada cuerda de flujo.

En las simulaciones de Drake, la torcedura en el campo no viajó muy lejos antes de desvanecerse. "Las líneas de campo magnético son como bandas elásticas, les gusta volver a su forma original, ", explicó. Pero los científicos sabían que las curvas tenían que ser lo suficientemente estables para viajar hasta donde Parker Solar Probe pudiera verlas. Por otro lado, Las cuerdas de flujo, que se cree que son componentes centrales de muchas erupciones solares, son más resistentes. Imagina un bastón de caramelo con rayas magnéticas. Eso es una cuerda de flujo:tiras de campo magnético envueltas alrededor de un paquete de más campo magnético.

Drake y su equipo creen que las cuerdas de flujo podrían ser una parte importante para explicar las curvas, ya que deberían ser lo suficientemente estables para viajar hasta donde Parker Solar Probe los observó. Su estudio, publicado en Astronomía y Astrofísica el 8 de octubre 2020:sienta las bases para la construcción de un modelo basado en cables de flujo para describir los orígenes de las curvas.

Lo que estos científicos tienen en común es que creen que la reconexión magnética puede explicar no solo cómo se forman las curvas, sino también cómo el viento solar se calienta y sale del sol. En particular, las curvas están relacionadas con el lento viento solar. Cada cambio dispara una gota de plasma caliente al espacio. "Entonces estamos preguntando, "Si sumas todas esas ráfagas, ¿Pueden contribuir a la generación del viento solar? '”, dijo Drake.

Siguiendo la corriente

En el otro lado del debate están los científicos que creen que se forman retrocesos en el viento solar, como un subproducto de las fuerzas turbulentas que lo agitan.

Jonathan Squire, físico espacial en la Universidad de Otago de Nueva Zelanda, es uno de ellos. Usando simulaciones por computadora, estudió cómo las pequeñas fluctuaciones del viento solar evolucionaban con el tiempo. "Lo que hacemos es intentar seguir una pequeña porción de plasma mientras se mueve hacia afuera, "Dijo Squire.

Cada parcela de viento solar se expande a medida que escapa del Sol, inflando como un globo. Las ondas que ondulan a través del Sol crean pequeñas ondas en ese plasma, ondas que crecen gradualmente a medida que se propaga el viento solar.

"Empiezan primero como meneos, pero luego lo que vemos es a medida que crecen aún más, se convierten en zigzag, "Dijo Squire." Es por eso que creemos que es una idea bastante convincente, simplemente sucedió por sí sola en el modelo ". El equipo no tuvo que incorporar ninguna conjetura sobre la nueva física en sus modelos; los cambios aparecieron basados ​​en bastante acordados. sobre la ciencia solar.

Modelo de Squire, publicado el 26 de febrero, 2020, sugiere que las curvas se forman naturalmente a medida que el viento solar se expande hacia el espacio. Partes del viento solar que se expanden más rápidamente, él predice, también debería tener más interrupciones, una predicción que ya se puede probar con el último conjunto de datos de Parker.

Otros investigadores coinciden en que los cambios comienzan en el viento solar, pero sospecho que se forman cuando las corrientes rápidas y lentas de viento solar se frotan entre sí. Un estudio de octubre de 2020, dirigido por Dave Ruffolo en la Universidad Mahidol en Bangkok, Tailandia esbozó esta idea.

Bill Matthaeus, coautor del artículo y físico espacial de la Universidad de Delaware en Newark, apunta a la cizalladura en el límite entre corrientes rápidas y lentas. Este corte entre rápido y lento crea remolinos característicos que se ven en toda la naturaleza, como los remolinos que se forman cuando el agua del río fluye alrededor de una roca. Sus modelos sugieren que estos remolinos en última instancia se convierten en retrocesos, curvar las líneas del campo magnético sobre sí mismas.

Pero los remolinos no se forman de inmediato:el viento solar tiene que moverse bastante rápido antes de que pueda doblar sus rígidas líneas de campo magnético. El viento solar alcanza esta velocidad a unos 8,5 millones de millas del Sol. La predicción clave de Mattheaus es que cuando Parker se acerque significativamente más al Sol que eso, lo que debería suceder durante su próximo paso cercano a 6.5 millones de millas del Sol, el 29 de abril 2021:los cambios deberían desaparecer.

"Si este es el origen, luego, cuando Parker se mueve hacia la corona inferior, este corte no puede ocurrir, Mattheaus dijo. los cambios provocados por el fenómeno que estamos describiendo deberían desaparecer ".

Un aspecto de las curvas que estos modelos de viento solar aún no han simulado con éxito es el hecho de que tienden a ser más fuertes cuando giran en una dirección particular, la misma dirección de rotación del Sol. Sin embargo, Ambas simulaciones fueron creadas con un Sol que estaba quieto, no gira, que puede marcar la diferencia. Para estos modeladores, incorporar la rotación real del Sol es el siguiente paso.

Retorciéndose en el viento

Finalmente, algunos científicos piensan que los cambios se derivan de ambos procesos, comenzando con la reconexión o el movimiento de la punta de los pies en el Sol, pero solo creciendo en su forma final una vez que salen al viento solar. Un artículo publicado hoy por Nathan Schwadron y David McComas, físicos espaciales de la Universidad de New Hampshire y la Universidad de Princeton, respectivamente, adopta este enfoque, argumentando que las curvas se forman cuando las corrientes de viento solar rápido y lento se realinean en sus raíces.

Después de este realineamiento, el viento rápido termina "detrás" del viento lento, en la misma línea de campo magnético. (Imagina un grupo de corredores en una pista de carreras, Velocistas olímpicos pisándoles los talones.) Esto podría suceder en cualquier caso donde el viento lento y rápido se encuentren, pero más notablemente en los límites de los agujeros coronales, donde nace el viento solar rápido. A medida que los agujeros coronales migran a través del Sol, deslizándose por debajo de corrientes de viento solar más lento, el punto de apoyo del lento viento solar se conecta a una fuente de viento rápido. El viento solar rápido corre detrás de la corriente más lenta que tiene delante. Finalmente, el viento rápido supera al viento más lento, invirtiendo la línea del campo magnético y formando un retroceso.

Schwadron cree que el movimiento de los agujeros coronales y de las fuentes de viento solar a través del Sol también es una pieza clave del rompecabezas. Reconexión en el borde de ataque de los agujeros coronales, él sugiere, podría explicar por qué las curvas tienden a "zig" de una manera alineada con la rotación del Sol.

"El hecho de que estén orientados de esta manera en particular nos dice algo muy fundamental, ", Dijo Schwadron.

Aunque comienza con el sol, Schwadron y McComas piensan que esos arroyos que se reconectan solo se convierten en zigzag dentro del viento solar, donde las líneas del campo magnético del Sol son lo suficientemente flexibles como para doblarse sobre sí mismas.

A medida que Parker Solar Probe se acerca cada vez más al Sol, los científicos buscarán ansiosamente pistas que apoyen, o desacrediten, sus teorías. "Hay diferentes ideas flotando "Dijo Zank." Eventualmente algo saldrá bien ".